De los gases refrigerantes HFC/HCFC al amoníaco en la refrigeración industrial

Se trata de una fácil introducción al mundo del amoníaco, con información sobre el cambio a este producto.

La entrada en vigor de la normativa europea F-Gas 517/2014, el 1 de enero de 2015, plantea la progresiva reducción de emisiones mediante el control de uso de los gases fluorados de efecto invernadero, sustituyéndose por otro tipo de gases de menor PCA (Potencial de Calentamiento Atmosférico) -en inglés, GWP- antes de 2030.

Por eso en una serie de nuevas aplicaciones, se están considerando el uso tanto de nuevos refrigerantes como otros de uso contrastado y fiable, como el amoníaco y el dióxido de carbono.

Ventajas del amoniaco

Reconocimiento

El amoníaco es un refrigerante de uso reconocido. Resulta especialmente popular en plantas industriales de gran tamaño, donde sus ventajas pueden aprovecharse plenamente sin poner en peligro la seguridad del personal que trabaja con la instalación de refrigeración. El amoníaco tiene propiedades termodinámicas muy favorables. Supera a refrigerantes sintéticos como el R-22, uno de los HCFC más eficientes, en un amplio abanico de aplicaciones.

Sus beneficios se han demostrado en los sistemas de refrigeración por amoníaco a lo largo de muchas décadas.

Eficiencia energética

El amoníaco es uno de los gases refrigerantes más eficientes, apto para aplicaciones de alta y baja temperatura. Su eficiencia es mayor que la del R-134a o el propano. Además, los sistemas de amoníaco rinden todavía mejor en la práctica.

Dada la importancia cada vez mayor del consumo energético, los sistemas de amoníaco son una opción segura y sostenible con vistas al futuro. Un sistema de amoníaco inundado sería, por lo general, entre un 15 y un 20 % más eficiente que su homólogo de expansión directa (DX) con R-404A. Los recientes avances con combinaciones de NH3 y CO2 contribuyen a aumentar aún más su eficiencia. Los sistemas de NH3/CO2 en cascada resultan extremadamente eficientes para aplicaciones a bajas y muy bajas temperaturas (por debajo de -40 °C), mientras que los sistemas de NH3/CO2 como salmuera son alrededor de un 20 % más eficientes que las salmueras tradicionales.

Medioambiente

El amoníaco es uno de los denominados refrigerantes “naturales”, siendo el más respetuoso con el medioambiente en términos de potencial de calentamiento global (GWP) y potencial de agotamiento del ozono (ODP), con un valor cero en ambos índices. Al desafío que supone que los sistemas de refrigeración sean técnicamente cerrados, con un contenido corrosivo, tóxico y moderadamente inflamable, se responde mediante el empleo de diseños de planta reconocidos, basados en la norma EN 378 y la Directiva PED y, para plantas de mayor tamaño, mediante el control por parte de las autoridades.

Tuberías más pequeñas

Tanto en estado líquido como gaseoso, el amoníaco requiere unos diámetros de tubería inferiores a los de la mayoría de refrigerantes químicos. [1] § 10.7*

Mejor transferencia de calor

El amoníaco tiene mejores propiedades de transferencia de calor que la mayor parte de los refrigerantes químicos, lo que permite utilizar equipos con una menor área dedicada a dicha transferencia. Para una planta con un mismo diseño y selección de materiales, los costes serán menores. Estas propiedades contribuyen también a aumentar la eficiencia termodinámica del sistema, reduciendo los costes de funcionamiento.

Precio del refrigerante

En muchos países, el coste del amoníaco (por kilogramo) es notablemente inferior al de los refrigerantes HFC. Esta ventaja se amplía todavía más al tener en cuenta la menor densidad del amoníaco en estado líquido. Además, cualquier fuga de amoníaco se detecta muy rápidamente gracias a su olor, reduciendo de este modo cualquier posible pérdida de refrigerante.

Aceite

El amoníaco no es miscible con los aceites comunes. Además, es más ligero que el aceite, lo que simplifica bastante los sistemas de retorno de aceite. [1] § 6.3*

Sistemas de circulación mediante bomba o por gravedad

Las ventajas de estos sistemas respecto a los sistemas de tipo DX son:

• Las bombas distribuyen el refrigerante líquido a los evaporadores de manera eficiente y retornan la mezcla de vapor y líquido al separador de líquido.

• El recalentamiento puede reducirse a 0 K, aumentando la eficiencia del evaporador sin arriesgarse al arrastre de líquido en el compresor.

• El bajo diferencial de temperatura reduce la deshidratación del producto almacenado.

• Los sistemas de circulación por gravedad poseen una carga de refrigerante relativamente baja.

Futuro

No hay nada que sugiera una posible prohibición paulatina del amoníaco. Por tanto, se puede confiar en el futuro de este refrigerante.

Inconvenientes del amoniaco

Seguridad

El amoníaco es un refrigerante tóxico y corrosivo, y también inflamable en determinadas concentraciones. Por ello debe manipularse con cuidado, y todos los sistemas con amoníaco han de diseñarse pensando en la seguridad. Al desafío que supone que los sistemas de refrigeración sean técnicamente cerrados, con un contenido corrosivo, tóxico y moderadamente inflamable, se responde mediante el empleo de diseños de planta reconocidos, basados en la norma EN 378 y la Directiva PED y, para plantas de mayor tamaño, mediante el control por parte de las autoridades.

Al mismo tiempo, a diferencia de la mayoría de los demás refrigerantes, cuenta con un olor característico que es detectable por las personas incluso en concentraciones tan bajas que no suponen ningún peligro. Los seres humanos pueden oler el amoníaco en concentraciones de aproximadamente 5 ppm en el aire. Gracias a ello, es posible advertir incluso una pequeña fuga. Si fuera necesario reducir la carga de amoníaco, su combinación con CO2 (en cascada o como salmuera) puede ser una opción buena y eficiente. Por su toxicidad e inflamabilidad, las instalaciones que emplean amoníaco están reguladas por normas nacionales que garantizan el nivel de seguridad adecuado

Propiedades químicas y desafíos inherentes a los materiales

El amoníaco es compatible con todos los materiales comunes excepto el cobre y el latón. Aunque esto impone algunas limitaciones en el diseño de los sistemas, estas son bien conocidas y ya han sido resueltas. En primer lugar, sólo se puede usar tuberías de acero o acero inoxidable. En segundo lugar, es necesario utilizar compresores abiertos. Para las bombas suele emplearse el motor con tubo de separación. Algunas soluciones especiales requieren costosos motores de acoplamiento magnético.

¿ Por qué el amoníaco es mejor que los gases fluorados HFC/HCFC?

Aspectos técnicos

El rendimiento termodinámico del amoníaco supera el de los refrigerantes HFC/HCFC, puesto que logra el mismo enfriamiento con un menor consumo energético y un menor coste de funcionamiento. El coeficiente de transferencia de calor del amoníaco dentro de los evaporadores y los tubos del condensador es aproximadamente dos veces mejor que el del R-22. Con la misma superficie de intercambio de calor es posible lograr un menor delta T de funcionamiento, contribuyendo de nuevo a menores costes operativos y a una menor deshidratación de los alimentos. El elevado calor latente del amoníaco permite el empleo de líneas de pequeño tamaño para el líquido, reduciendo el volumen de refrigerante del sistema. Con el amoníaco, para una misma caída de presión, el tamaño de tubería en las líneas de aspiración húmedas y secas puede ser menor. En sistemas de recirculación por bomba, el flujo másico del amoníaco es siete veces menor al del R-22, por lo que es posible utilizar una bomba mucho más pequeña y con un consumo energético notablemente menor, contribuyendo otra vez al menor coste de funcionamiento posible.

La mayor fiabilidad y el menor coste de mantenimiento de los sistemas con amoníaco son el resultado del empleo de tuberías de acero en lugar de cobre, de la soldadura por fusión frente a la soldadura con un material blando y de las bridas atornilladas en lugar de las conexiones roscadas. Los sistemas con amoníaco presentan más tolerancia a la entrada de agua en el sistema.

En resumen, puede afirmarse que, con los actuales diseños y tecnologías, el amoníaco debería ser siempre la opción preferida en instalaciones de 100 kW o más, salvo en aquellos casos en que no esté permitido o no resulte aconsejable su empleo. Los últimos progresos indican que el amoníaco se está convirtiendo en un refrigerante de interés incluso para instalaciones más pequeñas.

Aspectos legislativos

Ante la presión para tomar medidas en aras de reducir el impacto medioambiental, todos los gobiernos están prestando cada vez más atención a los protocolos de Montreal y Kioto. A fin de alcanzar sus objetivos para reducir el impacto del calentamiento global, los gobiernos pondrán en marcha medidas impopulares. Dos son los instrumentos básicos que se usarán, o que ya se están usando: una prohibición completa o impuestos penalizadores sobre los refrigerantes HFC/HCFC. Ello hará muy atractivo el empleo de amoníaco, gracias a su nulo índice GWP. La presión sobre los organismos gubernamentales les instará a crear unas reglas claras para las plantas de refrigeración por amoníaco sin ignorar la seguridad.

Aspectos económicos

El atractivo inmediato del amoníaco frente a los HFC/HCFC es su precio extremadamente bajo por kilogramo: hasta un 90 % menor al de los HFC. Además, su bajo peso específico significa que, para un mismo volumen, solamente es necesario utilizar la mitad de peso que con los HFC/HCFC. El contenido de un sistema de refrigeración se mide por volumen, así que, al emplear amoníaco, tan sólo se requiere la mitad de refrigerante en peso. El precio del amoníaco no se ve influenciado por acciones comerciales o políticas, como las sanciones medioambientales. Las plantas de HFC/HCFC de circulación por bomba pueden perder una notable proporción de su carga de forma inadvertida, con el riesgo consiguiente de que su reposición resulte muy costosa. Cualquier fuga de amoníaco se detecta de inmediato y se repara con rapidez, reduciéndose de este modo el coste de la reposición.

Aspectos medioambientales

Desde una perspectiva medioambiental, el amoníaco debe preferirse no sólo por su nulo impacto directo sobre el calentamiento global, sino también por ofrecer la mayor eficiencia posible y, por consiguiente, la menor huella indirecta de CO2.

Principales diferencias entre el amoníaco y los HFC/HCFC

El amoníaco no es un refrigerante universal, sino que es adecuado, sobre todo, para aplicaciones comerciales pesadas e industriales. Su toxicidad, corrosividad, inflamabilidad y compatibilidad con otros materiales han de ser tenidas en cuenta. Al mismo tiempo, existen en todo el mundo numerosos sistemas con amoníaco en los que se han superado con éxito tales desafíos.

Son bien conocidas las diferencias técnicas entre las plantas de refrigeración que trabajan con amoníaco y con los HFC/HCFC, así como los detalles relativos al material, tratamiento del aceite, sala de máquinas, tamaño de los componentes y, por supuesto, las reglas específicas derivadas de la toxicidad, corrosividad y moderada inflamabilidad del amoníaco. El amoníaco para plantas de refrigeración está englobado dentro de la clase B2 (según la norma EN 378) y el grupo de fluidos 1 (según la Directiva PED).

La familiarización con el amoníaco, las propiedades del aceite y los requisitos para las plantas de amoníaco ofrecen una orientación al respecto del formato correcto para su aplicación. La principal diferencia radica en los preparativos para las plantas de mayor tamaño, en función de la carga de amoníaco, realizadas conjuntamente con las autoridades locales.

Debido a su tamaño, el propietario de cualquier planta de refrigeración necesita el permiso de las autoridades para operarla. Este permiso se fundamenta en la Directiva PED, la norma EN 378 y la legislación local y nacional en materia de medioambiente y relativa a los aspectos geográficos, higiénicos, laborales, de seguridad, etc. La diferencia a la hora de obtener un permiso para una planta de amoníaco reside en la seguridad, al tratarse de un producto tóxico, corrosivo y moderadamente inflamable. Si se está familiarizado con la puesta en práctica de los reglamentos locales y nacionales, no debería haber objeción alguna para la creación de una planta de amoníaco en lugar de una de HFC/HCFC.

Por último, pero no menos importante, resulta evidente que los costes iniciales son mayores para las plantas de amoníaco que para las plantas de HFC/HCFC con tuberías de cobre. Sin embargo, la mayor vida útil y el menor consumo energético de la planta de amoníaco significan que esta ofrecerá el menor coste total de propiedad al final de dicha vida útil.

Si desea conocer los distintos tipos de plantas de refrigeración con amoniaco que existen y sus diferencias de diseño con las plantas de HFC/HCFC y más aspectos a considerar en relación con el cambio de HFC/HCFC a amoniaco, le recomendamos descargue esta guía en el siguiente enlace: